Hidrológiai Közlöny 1960 (40. évfolyam)
1. szám - Török László: Nem permanens szivárgási feladatok analóg modellen való vizsgálatának módszerei
Török L.: Nem permanens szivárgás vizsgálata Hidrológiai Közlöny 1960. 1. sz. 29 sebességképlet érvényességi tartományán belül maradunk — független a modell méretarányától és az alkalmazott k szivárgási tényezőtől, így ezeket permanens folyamat modellezésénél tetszés szerint vehetjük fel. Nem permanens szivárgási feladatoknál ezek a tényezők határozzák meg azt az időarányt, amellyel az időben változó kerületi feltételeket a modellvizsgálathoz módosítani kell. és amellyel a kapott eredményeket a valóságra átszámíthatjuk. edndF kJdF 2. ábra. Térjogatelem feltöltéséhez szükséges idő meghatározása Abb. 2. Ermittlung der zur Auffüllung des Raumelementes erforderlichen Zeit Fig. 2. Determination of time interval necessary for the filling up of unit volume Az időarány értékét a modell és a valóság megfelelő elemi térfogatának feltöltéséhez szükséges idők összevetéséből számíthatjuk. Adott dV térfogatelem feltöltéséhez szükséges idő (2. ábra) dt - — — - eán dF %dF ~ k_*P_ á F an (4) Ebből a Kt időarány e dn dt ej/ dn.if A, = dt M Jl kM A e • A A k (5) ahol Á •— a minta geometriai méretaránya, Ak — a szivárgási tényezők aránya, A £ — a hézagtényezők viszonya. A sík üveglapos hidraulikai analógiánál sm = 1, kn tehát az időarány A< = k' = A ed 2 (j d 2 g 12 v' 12 kv (6) Az üveglapok d távolságának és az alkalmazott folyadék v viszkozitásának helyes felvételével az időarány bármely geometriai méretaránynál úgy módosítható, hogy a megfigyelési időhöz jól alkalmazkodjék. A módszer előnye, hogy a vízszín tisztábban észlelhető, mint eredeti talajjal végzett hidraulikai kísérletnél; a vízszín rögzítésére a foto-módszerek kiválóan alkalmasak ; a módszer figyelembe veszi a zárt kapilláris zóna vízszállítóképességét is ; építése gyors, egyszerű ; a kapott eredmények szemléletesek stb. Inhomogén, rétegzett talajban — ha az egyes rétegek szivárgási tényezőjének aránya az 1:10 arányt nem haladja meg —- a lemezek távolságának növelésével, illetve csökkentésével alkalmazkodhatunk a feladathoz [2]. Az elektromos analógia módszere szabad felszínű nem permanens szivárgási feladatokhoz közvetlenül nem alkalmazható, mivel az elektromos jelenségeknél nem képzelhető el a szabad felszínnel analóg olyan felület, mely elektronokkal telített és attól mentes tartományokat úgy válasszon el, hogy a határfelület helyzete a felületen mérhető potenciáltól függjön. Kedvező eredményeket értek el azonban elektromos analógia módszerrel a számítási és kísérleti módszerek egymást kiegészítő alkalmazásán alapuló közvetett eljárások útján [4]. A közvetett módszer lényege a következő : Elektromos modellen mért elektromos menynyiségek (potenciálesés, áramerősség) segítségével meghatározzuk egy adott, instabil állapotban a szabad felszín egyes pontjainak helyzetváltozási sebességét és differenciaszámítás segítségével a változási sebességből számítjuk egy adott At időtartam után kialakuló új vízszín helyzetét. A At időtartam csökkentésével tetszőleges pontosságot érhetünk el. A nem permanens feladat tehát egy adott pillanatnyi áramkép elektromos úton való meghatározására vezethető vissza. Az átmeneti állapot áramképének megfelelő potenciáleloszlás meghatározása módszerében lényegesen eltér a permanens szivárgási feladatoknál alkalmazott módszertől. Permanens szivárgás esetében a szabad felszín helyzete általában ismeretlen, sőt rendszerint ez a keresett végcél; mindössze annyit tudunk, hogy a szabad felszín vonala egyben áramvonal. Ebből következik, hogy a potenciálnak a szabad felszínen csak a felszínvonal irányában van esése. A felszínen a hidraulikus potenciál értéke a felszíni pont valamely hasonlító síktól mért függőleges távolságával arányos. Hasonló arányosságnak kell fennállnia az elektromos potenciál (feszültség) és a felszínvonal magassága között : F-F„ (7 ) h — h 0 = const. ahol V 0 és h 0 — a hasonlító síknak megfelelő összetartozó feszültség- és magasságértékek. Elektromos analógia vizsgálatok esetén a szabad felszín helyzetét ennek a feltételnek a segítéségével keressük fokozatos közelítéssel. Nem permanens szivárgás esetében a szabad felszínnek valamilyen pillanatnyi helyzete általában ismert (kezdeti feltétel), ez azonban nem áramvonal, a potenciálnak a felszínre merőleges irányban is van esése, tehát rajta keresztül belépő vagy kilépő értelmű vízmozgás következhet be. Ugyancsak érvényes azonban rá a (5) kerületi feltétel. Ez a feltétel azonban nem fog fokozatos közelítés eredményeképpen önmagától beállni, mint permanens mozgásnál, hanem külső potenciál segítségével mesterségesen kell előállítanunk. Ennek technikai megoldására később részletesen visszatérek.
